Selbstheilendes Lithiumbatterieanodenmaterial wird für Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte verwendet

Im Rahmen der Weiterentwicklung der Batterietechnologie werden weltweit zahlreiche Anodenstudien durchgeführt. Eine der Ideen war, den üblicherweise verwendeten Graphit durch anodisches Lithiummetall zu ersetzen, was möglicherweise auf eine signifikante Zunahme einiger Forschungsarbeiten am Rensselaer Polytechnic Institute in New York zurückzuführen ist.

Der Wettbewerb um eine viel bessere Energiedichte ist mehr als ein Jahrzehnt her und scheint stärker zu werden. Die Batteriedichte ist besser geworden und der Preis ist gesunken, aber es gibt viel Raum für Verbesserungen. Diese Durchbrüche sind hauptsächlich auf die Verwendung verschiedener Chemikalien zurückzuführen, manchmal jedoch nur auf die Verbesserung bekannter Chemikalien, einschließlich einiger bekannter Chemikalien, die eine hohe Energiedichte bieten (ideal bei Elektrofahrzeugen, da dies das gleiche Gewicht bedeutet). Mehr Kilometerleistung oder gleiche Kilometerleistung ein geringeres Gewicht).

Eine der größten Herausforderungen bestimmter Batteriechemien ist die Verschlechterung und der Verlust der Energiespeicherkapazität aufgrund von Dendritenbildung - was Forscher daran hindert, genügend Lebensdauer aus der Batterie herauszuholen, um kommerzielle Wettbewerbsfähigkeit zu erlangen. Eine mögliche neue Lösung besteht darin, die Lithiummetallbatterie mithilfe von Wärme selbst zu heilen, wodurch gefährliche Dendriten in der Anode vermieden werden. Die Ansammlung von Dendriten auf der Lithiummetallelektrode verringert die Effizienz und führt letztendlich dazu, dass sich die Batterie unter nichttechnischen Begriffen "abnutzt". Beim Laden und Entladen der Batterie entsteht eine Baumstruktur. Je schneller sich die Dendriten ansammeln, desto geringer ist die Energiespeicherkapazität der Batterie für den Verbraucher. Stellen Sie sich das als Plaque auf Ihren Zähnen vor - je länger Sie es verlassen, desto wahrscheinlicher ist es, dass Hohlräume entstehen und die "Nutzungsdauer" der Zähne verkürzt wird.

Laut einem Artikel auf der Green Car Conference bewirkt die neue Heizlösung, dass die Lithiumdendriten verschmelzen und zu einer gleichmäßigen (glatten) Oberfläche verschmelzen. Dadurch wird auch das Risiko von Kurzschlüssen in der Batterie und im Batteriepack ausgeschlossen. Mehr hier:

Obwohl Lithium (Li) -Metallelektroden extrem hohe Energiedichten aufweisen, wurden sie noch nicht in kommerziellen wiederaufladbaren Batterien eingesetzt, da elektrochemisches Plattieren und Abisolieren immer zu Dendritenwachstum führen, was die Coulomb-Effizienz verringert und letztendlich zu Batteriekurzschlüssen führt. Es wurden viele Verfahren vorgeschlagen, um die Dendritenbildung zu beseitigen.

Jetzt hat ein Team am Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) im Grunde den umgekehrten Ansatz gewählt. Die Forscher erhöhten die Stromdichte (Ladungsentladungsrate) der Zelle, was zu einer weit verbreiteten Eigenerwärmung der resultierenden Dendriten führte, was zur Oberflächendiffusion von Lithium führte - mit anderen Worten, die Dendriten zu einer gleichmäßigen Schicht diffundierten. Ihre Arbeitspapiere werden in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Lu Li, einer der ursprünglichen Forscher, erklärte: "Die Menschen glauben im Allgemeinen, dass Dendritenprobleme bei hohen Stromdichten zunehmen werden. Hier berichten wir über einen baumartigen Evolutionsmechanismus, der wiederum richtig ist. In unserem Experiment in der Mitte haben wir fanden heraus, dass, wenn die Plattierungs- und Abisolierstromdichte auf mehr als 9 MA pro Quadratzentimeter erhöht wird, die Dendriten eine große Menge an Eigenerwärmung aufweisen, was zu einer ausgedehnten Oberflächenmigration von Li führt. Diese Oberflächendiffusion härtet Dendriten aus und glättet Lithiummetall Wir zeigen, dass wiederholte Dosen von Heilbehandlungen mit hoher Stromdichte eine hohe Coulomb-Effizienz für einen sicheren Kreislauf von Lithium-Schwefel-Batterien bieten können. "

Technisch gesehen können Sie durch Verwendung der Innenwiderstandserwärmung der Batterie (auch als Joule-Erwärmung bezeichnet), die darauf zurückzuführen ist, dass das Metallmaterial dem Stromfluss widersteht, die dendritischen Körner glätten - wie der Proof of Concept mit einer Lithiumbatterie zeigt .

Wir sind seit vielen Jahren an den Durchbruch von Batterien gewöhnt. Das rasante Entwicklungstempo hat die Ölindustrie beschämt und jedes Jahr Milliarden von Dollar an Finanzmitteln bereitgestellt, was eine schwer fassbare Treibstoffquelle darstellt.

In den letzten zehn Jahren haben lithiumbatterien die dynamische Hauptlast des Motors übernommen, und ihre exotischen Chemikalien bedeuten weiterhin mehr Leistung und Langlebigkeit. Die selbstheilende Lithiummetallanode scheint eine weitere positive Entwicklung zu sein.

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